【正文】 體，系統(tǒng)的維護和更新是通過定制和替換這些部件來實現的。雖然組件技術已經在不同的要求和領域中得到發(fā)展，但是很少有針對以安全為具體要求的嵌入式實時系統(tǒng)的組件技術。因此，采用軟件開發(fā)模式提高軟件開發(fā)效率變得重要。從歷史上看，這種系統(tǒng)的發(fā)展只使用低級編程語言，以保證對系統(tǒng)性能的充分控制。 小結本章首先介紹了汽車控制系統(tǒng)的特點，汽車控制系統(tǒng)的數據管理的特性進行了詳細分析，然后著重闡述了AUTOSAR標準，介紹了AUTOSAR標準軟件構架，AUTOSAR方法和標準接口，說明AUTOSAR標準在汽車電子軟件開發(fā)中的重要性。 （3）“Command”的數據類型為“t_onoff”。針對CmdWashing接口定義了以下信息： （1）CmdWashing接口由WiperWasherManager構件提供，其數據內容為FrontWasher構件的Activation接口所使用。 這里以車身/舒適系統(tǒng)的雨刷管理的軟件構件的接口定義為示例。AUTOSAR按照功能邏輯分別將這些領域的系統(tǒng)劃分成若干個模塊，這些模塊可被視為一個軟件構件或多個軟件構件的組合，這些功能性的軟件構件的接口被明確定義，所定義的接口的內容包括名稱，含義，范圍，數據類型，通信類型，單位等。 AUTOSAR標準接口通過RTE實現AUTOSAR軟件構件（即應用程序）相互間的通信以及軟件構件與基礎軟件之間的通信的前提是，軟件構件必須具有標準的AUTOSAR接口。軟件構件本身對于這種區(qū)別并不關注，因此我們可以在獨立的情況下開發(fā)軟件構件。虛擬功能總線（Virtual Functional Bus）將AUTOSAR軟件構件相互間的通信以及軟件構件與基礎軟件之間的通信進行了抽象，同時使用預先定義的標準接口。最后一步是生成具體ECU的可執(zhí)行程序，此步將根據ECU 配置描述文件中的配置信息構建完成ECU的基礎軟件的設置和與基于AUTOSAR構件的應用軟件的集成，最終生成ECU的可執(zhí)行代碼。然后進入ECU配置的實際工作中，這一步負責往輸入對象中添加具體應用所必需的信息，如任務調度、必要的BSW模塊、BSW配置信息、給任務分配的可運行實體等。首先是使用第一個階段的工作成果——系統(tǒng)配置描述文件，從中提取出與各個ECU相關的系統(tǒng)配置描述信息，提取的信息包括ECU通信矩陣、拓撲結構、頂級功能組合（據此產生需映射到該ECU上的所有軟件構件），將放在另一個XML文件中。該文件將包含所有的系統(tǒng)信息，包括將軟件構件映射到相關的ECU上（這種映射需要考慮到構件的需要、構件的連接、資源需求以及約束條件，有時也需要考慮成本等方面的因素），以及通信矩陣（整車的網絡結構、時序以及網絡數據幀的內容）。 系統(tǒng)配置輸入包含三部分內容，第一個輸入是軟件構件描述，定義每個需要的軟件構件的接口內容，包括數據類型，端口，接口等；第二個輸入是ECU資源描述，定義了每個ECU的資源需求，如處理器、外部設備、存儲器、傳感器和執(zhí)行器等；第三個輸入是系統(tǒng)約束描述，定義總線信號，拓撲結構和軟件構件的映射關系。應用軟件的描述術語在AOTUSAR中為軟件構件（Software Components），該文件將確定需要使用的軟件構件（即系統(tǒng)具有哪些功能）和硬件資源（ECU），以及整個系統(tǒng)的約束條件。 圖 AUTOSAR系統(tǒng)設計與開發(fā)流程主要步驟可劃分兩個階段： 第一個階段是系統(tǒng)配置階段，這屬于系統(tǒng)級設計決策工作。汽車OEM作為整車系統(tǒng)功能的規(guī)劃和設計者，需要了解并掌握AUTOSAR提供的這套開發(fā)流程，才能主導和推進符合AUTOSAR標準的系統(tǒng)的開發(fā)過程。RTE層之下的基礎軟件對于應用層來說是不可見的，必須通過RTE進入，它將軟件構件從對底層軟件和硬件平臺的依賴中獨立出來，實現了應用程序和基礎軟件之間的分隔。（3）微控制器抽象層，包括微控制器相關的驅動（如I/O驅動、ADC驅動等）。 （2）ECU抽象層，對 ECU（如外設與ECU的連接方式等）進行抽象處理。 （1）服務層，為應用層提供診斷協(xié)議、存儲管理、ECU模式管理和操作系統(tǒng)等系統(tǒng)服務。基礎軟件組件（BSW）分為下面幾個層次：服務層（Services Layer）、ECU抽象層（ECU Abstraction Layer）和微控制器抽象層（Microcontroller Abstraction Layer）。 AUTOSAR標準軟件構架AUTOSAR的目標是實現應用程序和基礎軟件模塊之間的分離，因此汽車電子軟件架構被抽象成幾個層。盡管如此，標準化的汽車電子軟件開發(fā)方法和軟件架構是汽車行業(yè)未來不可阻擋的發(fā)展趨勢，而且目前還沒有哪種標準比AUTOSAR標準走的更遠。AUTOSAR倡導的原則是“在標準上合作，在實現上競爭”，其核心思想在于“統(tǒng)一標準、分散實現、集中配置”，所以采用AUTOSAR將為OEM帶來發(fā)展機遇，隨著汽車電子軟件的標準化和開放化，更多的供應商可以進入到汽車電子行業(yè)中來， 這將使得OEM可以更加靈活的進行軟件采購，有更多的選擇，同時軟件的質量監(jiān)督也會相應提高，有利于提高汽車電子軟件的產品質量。例如在寶馬7系量產車型中，已經開發(fā)了符合AUTOSAR標準的ECU，預計在2011年AUTOSAR的所有核心成員都將開發(fā)出相關的產品。AUTOSAR定義了一套支持分布式的、功能驅動的汽車電子軟件開發(fā)方法，提出了軟件架構標準化方案，加強不同平臺之間的軟件復用，從而降低開發(fā)成本。 AUTOSAR標準AUTOSAR（AUTomotive Open Systems ARchitecture）汽車開放系統(tǒng)架構，是由多家汽車整車廠商和供應商在2003年夏天成立的汽車電子軟件開發(fā)全球合作聯(lián)盟，其目的就在于降低汽車軟件的復雜性和多樣性，提高軟件復用。那么運行在電子控制單元上的軟件也屬于嵌入式軟件軟件。這些電子控制單元大多是由資源有限，計算能力很小的處理器組成。并且自從嵌入式計算機被引入到汽車中，汽車功能迅速增加，軟件的復雜性也迅速提升。偶爾執(zhí)行超期或失敗的事務一般不會對系統(tǒng)造成致命影響，這類事務稱為軟實時事務。（2）從任務或事物的關鍵程度可以將其分為：硬實時事務，軟實時事務。同時又由于子系統(tǒng)的處理器是單核的，因此在同一時間內需要處理很多的任務，這就需要任務的調度。例如，從傳感器讀取數據的任務隨著系統(tǒng)的運行，不斷的讀取環(huán)境參數，傳遞給其它任務處理。因此，任務執(zhí)行超期以后，任務所操作的數據就不是可信的，汽車控制系統(tǒng)中的數據也是具有時間限制的特點。（2）資源消耗最小化：車輛控制系統(tǒng)中的數據管理機制應該盡可能的高效，體現在內存需求量和CPU使用率上。因此需要一種統(tǒng)一的、高效的方式存儲和管理數據，嵌入式實時數據庫可以滿足系統(tǒng)的實際要求。一些共享的數據元素被不同的應用程序單獨處理，導致軟件在開發(fā)和維護中出現了很多問題，對汽車的安全，舒適性造成了影響。 汽車控制系統(tǒng)數據管理特性分析隨著微電子硬件的價格大幅下降、硬件性能的顯著提升和國家對汽車的安全、環(huán)保規(guī)范的日益嚴格使得汽車中所使用的電子控制單元日益增多，甚至已達到近百個，并且汽車功能的復雜性也大大增加了，這使得軟件開發(fā)和維護日益困難。汽車上常用的ECU包括8位機（Intel MCS8048，MCS8049，MCS8032；Motorola的MC68HCII），16位機（Intel的MCS8097，Motorola的MC68HC12，MC68HC16），最近GM公司在Buick車上已采用32位機（Motorola 68332，它有512K ROM，14K RAM）。}}圖 共享變量的I/O任務汽車控制系統(tǒng)，除了是實時系統(tǒng)，還是嵌入式系統(tǒng)。7 signal(engine_semaphore)。5 wait(engine_semaphore)。...//End global data1 TASK OilTempReader(void){2 int s。struct engine_t engine。int waterTemperature。int oilTemperature。在一些關鍵領域，如自動駕駛、防抱死剎車系統(tǒng)等，離線調度比在線調度安全。在系統(tǒng)運行時，運行時刻表不再變化，調度器根據這張時刻表啟動相應的任務，調度被循環(huán)執(zhí)行，因此系統(tǒng)是周期性的。大部分的實時系統(tǒng)，包括汽車控制系統(tǒng)中對任務的調度往往是離線調度和周期性調度。事務超過截止期，很少能影響系統(tǒng)的服務質量。很多汽車控制系統(tǒng)的功能有硬實時的需求。 給定了一個端到端的截止期，就是說程序執(zhí)行結果必須在規(guī)定的時間內產生。從輸入到輸出的延遲時間必須足夠小，在可接受的時效性之內。延遲時間必須在截止日期內才是可以接受的，否則不能保證計算結果執(zhí)行的正確性。實時系統(tǒng)考慮數據及其處理相關聯(lián)的定時限制，也就是任務中的數據只是在一定的時間內有效。 展示了一個例子：I/O任務負責讀溫度傳感器的值，然后將它寫到一個共享變量中，共享變量通過一個信號量保證它的完整性，例如，在更新時不能被執(zhí)行讀操作。圖 展示了幾個任務一起執(zhí)行一個控制功能。（2）控制任務：用來執(zhí)行控制決策。車輛控制系統(tǒng)中典型的任務包括：I/O任務、控制任務、管理任務等。OSEK/VDX為控制單元應用程序提供統(tǒng)一的通信環(huán)境，應用程序可以通過它與不論是否在同一個ECU上的應用程序傳遞消息，例如通過CAN, FlexRay[43]總線。例如,車速超過24KM/H，車門自動落鎖，就涉及到動力（速度參數來自于動力系統(tǒng)）和車身兩個子系統(tǒng)。典型的汽車控制系統(tǒng)是由一系列的車載計算機構成的節(jié)點組成。 汽車控制系統(tǒng)在最近三十年中，汽車的控制系統(tǒng)已經從簡單的單處理器系統(tǒng)變成了復雜的分布式系統(tǒng)，現在汽車的很多功能都是由車載計算機控制系統(tǒng)實現的。第五章，研究虛實結合的汽車電子實驗環(huán)境，通過PC機模擬汽車物理部件或者模擬ECU，通過串口將虛擬部件連接到轉換芯片上面，形成虛擬的車身電子網絡, 將VDMS應用在安全氣囊系統(tǒng)中，分析系統(tǒng)的性能。第四章，研究如何將VDMS整合到AUTOSAR環(huán)境中，兼容AUTOSAR的特性，給出VDMS的系統(tǒng)模型。 第三章，介紹如何按照組件技術，將RTDBMS按照功能進行分解形成組件庫，形成一個可剪裁的RTDBMS。第二章，介紹汽車控制系統(tǒng)數據管理的背景知識，對汽車控制系統(tǒng)的特點進行了分析，描述了汽車控制系統(tǒng)中數據管理的特性。通過PC機模擬汽車物理部件或者模擬ECU，通過串口將虛擬部件連接到轉換芯片上面，形成虛擬的車身電子網絡, 將VDMS模塊應用在在安全氣囊控制系統(tǒng)中。（2） 研究如何將基于組件的可配置的VDMS整合到AUTOSAR環(huán)境中，按照AUTOSAR標準體系框架，定義VDMS軟件組件以及描述文件，設計VDMS在AUTOSAR環(huán)境中的結構模型。本文提出一種基于組件的混合式汽車控制系統(tǒng)數據管理系統(tǒng)模型（VDMS），然后按照AUTOSAR標準軟件層次構架，AUTOSAR方法論以及標準接口，研究如何將VDMS整合到AUTOSAR環(huán)境中，實現對系統(tǒng)數據的統(tǒng)一管理，兼容AUTOSAR的標準。AUTOSAR將汽車電子軟件架構分成若干層和模塊，為各個模塊提供標準的接口定義，同時AUTOSAR定義了軟件組件開發(fā)標準，以及易于交換的硬件平臺標準。目前對于汽車控制系統(tǒng)數據管理技術的研究，仍然沒有形成一個統(tǒng)一有效的數據管理的標準，隨著汽車功能越來越復雜，系統(tǒng)分布式異構的硬件環(huán)境，系統(tǒng)開發(fā)和維護代價極大。CBSE也支持維護性，基本原理是軟件應用都是由組件構成。本文針對汽車控制系統(tǒng)的數據庫系統(tǒng)進行了研究。 論文的工作綜上所述，汽車控制系統(tǒng)是一個嵌入式實時的異構系統(tǒng)，通過對汽車控制系統(tǒng)數據管理的需求進行分析發(fā)現，通用的數據管理的方法不適合汽車控制系統(tǒng)嵌入式實時的特性。組件規(guī)范及組成，提供了組件模型，其中包括了安全性組件和支持協(xié)助部分的基礎設施的基本特征，技術分析和驗證功能的正確性，實時性，安全性和可靠性，運行時的配置支持，包括系統(tǒng)內裝配的支持、監(jiān)測時間和可替換配件的評估。通過與2PLHP算法進行性能比較，得出2VDBP與2VDBP SNAP能夠更好的提高系統(tǒng)性能，降低事務沖突和響應時間。將數據庫指針整合到一個數據庫管理系統(tǒng)中去，而不會破壞數據庫的完整性。它提供的數據訪問接口類似于指針操作，非常適合于控制系統(tǒng)中的一些數據進行高頻訪問的操作。文獻[12]中針對實時數據庫系統(tǒng)硬事務和軟事務的要求，提出了數據庫指針（Database Pointer）的概念，它可以很好的提高事務的處理效率。按照配置工具集，針對不同的電子控制單元對數據管理的不同需求，選擇不同的組件形成不同配置的數據庫管理系統(tǒng)。按照CBSD的方法，組件封裝不同的數據庫功能，按照AOSD對軟件系統(tǒng)中多種關注點進行獨立描述，比如并發(fā)控制，日志，和系統(tǒng)恢復等功能，他們的實現必須分散到系統(tǒng)中其他的組件中，稱為橫切關注點，對橫切關注點進行封裝、管理，形成方面包。文獻[10]介紹了一個可配置的實時數據庫平臺——COMET，由瑞典的馬拉達倫大學和林雪平大學通過與沃爾沃汽車公司聯(lián)合開發(fā)的。針對現有的應用軟件分離出以數據為中心的任務，并在此基礎上抽象并提出了數據庫管理系統(tǒng)的模型。由于嵌入式數據庫系統(tǒng)常常需要對外界環(huán)境作出實時反應，比如在汽車控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)必須同時具備實時性、主動性和嵌入式的特點，所以需要開發(fā)一種適合這種嵌入式實時環(huán)境的嵌入式實時數據庫系統(tǒng)。系統(tǒng)性能指標只定時限制事務的完成率，它可以犧牲數據的準確性與一致性以保證硬實時事務能夠在截止期前能夠完成。實時數據庫是指事務和數據都定時限制，系統(tǒng)的正確性不僅要滿足事務執(zhí)行的邏輯結果，又要滿足時間約束[7]。嵌入式數據庫在嵌入式系統(tǒng)中越來越常見，主要是用于存儲和處理所在設備和其他地方的數據，可以訪問監(jiān)視器、進行系統(tǒng)診斷以及其他工作。AUTOSAR標準的目的是為軟件開發(fā)流程通過通過工具提供通用的支持，使得開發(fā)人員可以在對硬件一無所知的情況下進行應用軟件的開發(fā)，并將這個軟件應用在任何符合AUTOSAR標準的ECU中，實現應用程序重用[49]。AUTOSAR (AU TOmotive Open System Architecture：汽車開放系統(tǒng)體系結構)標準，降低了ECU軟件開發(fā)的復雜度，提高了軟件